JP2010052134A - 微小可動デバイス及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異物が挟まって可動体が動作しなくなりさらには電気的短絡が生じるといった不具合が発生しない微小可動デバイスを提供する。
【解決手段】単結晶シリコン基板６１上に、絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３からなる構造体（固定櫛歯電極５１，５２等）が固定され、基板板面と平行に変位する単結晶シリコン層からなる可動体（可動ロッド４６等）が構造体に保持されてなる微小可動デバイスにおいて、単結晶シリコン基板上面の構造体が存在しない全領域に凹部６４が形成され、可動体が絶縁層を具えずに凹部上に位置し、異物が挟まらない十分な空隙が確保され、かつ構造体が凹部上に張り出すオーバーハング部を持ち、このオーバーハング部の下側にあって構造体を単結晶シリコン基板に固定している絶縁層の周縁が凹部上に懸からない位置に在り、これによって単結晶シリコン基板と単結晶シリコン層との間に微小な空隙が形成されて電気的短絡が防止される。
【選択図】図１１

Description

この発明はフォトリソグラフィやエッチングといったマイクロマシニング技術で作製される微小可動デバイスに関し、特に基板板面と平行に変位する可動体を備える微小可動デバイスとその作製方法に関する。

この種の微小可動デバイスとしては例えば光スイッチや加速度計、リレーデバイス等のデバイスがあり、このような微小可動デバイスは一般に単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ（Silicon
on Insulator）基板を用いることによって作製されている。
図１９はこのようにＳＯＩ基板を用いて作製される微小可動デバイスの従来構成の一例として特許文献１に記載されている光スイッチの構成を示したものであり、図２０はその光スイッチの特許文献１に示されている作製方法（作製工程）を示したものである。まず、図１９を参照して、この光スイッチの構成を簡単に説明する。

板状の基体１１上に４本のファイバ溝１２ａ〜１２ｄが十字状に形成され、その互いに直角なファイバ溝１２ａ，１２ｂ間の基体１１が駆動体形成部１１′とされる。駆動体形成部１１′にはファイバ溝１２ａ，１２ｂに対しそれぞれ４５°をなすスロット１３が形成され、このスロット１３に可動ロッド１４が配されている。
可動ロッド１４の一端にはミラー１５が設けられており、このミラー１５は十字状をなすファイバ溝１２ａ〜１２ｄの中心部１６に位置されている。可動ロッド１４の延伸方向中間部の両側には支持ビーム１７ａ，１７ｂの一端がそれぞれ連結され、これら支持ビーム１７ａ，１７ｂの他端は板ばねヒンジ１８ａ，１８ｂを介して固定支持部１９ａ，１９ｂに固定されている。同様に、可動ロッド１４の延伸方向他端の両側にも支持ビーム１７ｃ，１７ｄの一端がそれぞれ連結され、これら支持ビーム１７ｃ，１７ｄの他端が板ばねヒンジ１８ｃ，１８ｄを介して固定支持部１９ａ，１９ｂに固定され、これにより可動ロッド１４はその延伸方向に移動可能に支持されている。

可動ロッド１４は櫛歯型静電アクチュエータによって駆動されるものとなっており、支持ビーム１７ａ〜１７ｄにはそれぞれ可動櫛歯電極２１ａ〜２１ｄが配列固定され、これらと組み合わされる固定櫛歯電極２２ａ〜２２ｄがそれぞれ駆動体形成部１１′に固定配置されている。
可動櫛歯電極２１ａ，２１ｂと固定櫛歯電極２２ａ，２２ｂとの間に電圧を印加することにより静電吸引力が発生し、この静電吸引力により可動ロッド１４は中心部１６に近づく方向に移動する。一方、可動櫛歯電極２１ｃ，２１ｄと固定櫛歯電極２２ｃ，２２ｄとの間に電圧を印加すれば静電吸引力により可動ロッド１４は中心部１６から遠ざかる方向に移動する。従って、このような櫛歯型静電アクチュエータによって可動ロッド１４を駆動することにより、ミラー１５を中心部１６に対して挿抜できるものとなっている。

４本のファイバ溝１２ａ〜１２ｄには光ファイバ２３ａ〜２３ｄがそれぞれ配置され、ミラー１５が中心部１６に挿入されている状態では例えば光ファイバ２３ａから出射した光はミラー１５で反射されて光ファイバ２３ｄに入射し、また光ファイバ２３ｂから出射した光はミラー１５で反射されて光ファイバ２３ｃに入射する。一方、ミラー１５を中心部１６から抜き出した状態では光ファイバ２３ａから出射した光は光ファイバ２３ｃに入射し、光ファイバ２３ｂから出射した光は光ファイバ２３ｄに入射するものとなり、このようにして光路切り替えが行われるものとなっている。

この光スイッチは図２０に示したような作製方法によって作製される。即ち、図２０（１）に示したように単結晶シリコン基板３１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層３２を介して単結晶シリコン層３３が配置されてなるＳＯＩ基板３０を用意し、その単結晶シリコン層３３上に所要のマスク３４をパターニングして形成する。そして、単結晶シリコン層３３のマスク３４から露出している部分を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングし、図２０（２）に示したように絶縁層３２が露出するまで単結晶シリコン層３３を除去する。

図２０（２）における単結晶シリコン層３３の幅狭部分３５は図１９における可動ロッド１４、支持ビーム１７ａ〜１７ｄ、板ばねヒンジ１８ａ〜１８ｄなどの可動体に相当し、幅広部分３６は図１９における固定支持部１９ａ，１９ｂなどの固定配置される構造体に相当する。この図２０ではそれらを例示的に示している。
次に、図２０（２）において、露出した絶縁層３２に対し、ウエットエッチングを施し、幅狭部分３５の下に位置する絶縁層３２がサイドエッチングにより除去されるまでエッチングを行う。これにより幅狭部分３５は図２０（３）に示したように空隙を介して単結晶シリコン基板３１上に位置するものとなり、つまりこのような絶縁層３２の除去によって幅狭部分３５で構成される可動体が単結晶シリコン基板３１から離間されて移動自在とされる。なお、単結晶シリコン層３３のミラー１５をなす部分には、その側壁面に反射膜が蒸着形成される。

このように図２０に示した製造方法ではＳＯＩ基板３０の絶縁層３２を犠牲層として用いるものとなっており、単結晶シリコン層３３で構成された可動体の下に位置する絶縁層３２を、エッチング除去することによって可動体の移動を可能としていた。

米国特許第６３１５４６２号明細書

上述したように、単結晶シリコン基板上に、その基板板面と平行に変位する可動体を具備する微小可動デバイスは、一般にＳＯＩ基板を使用して形成され、従来においてはその中間絶縁層を犠牲層として用いることにより、可動体をその下に位置する基板から離間させるものとなっていた。
しかしながら、ＳＯＩ基板の中間絶縁層の厚さは通常厚くても３μｍ程度であって、可動体下に形成される空隙は極めて狭いことから、わずかでも異物が空隙に入り込むと、異物が挟まって可動体が動作しなくなるといった動作不良が生じ易いものとなっていた。

また、可動体の下の絶縁層がサイドエッチングによって消失するのと同時に、固定配置される構造体の下の絶縁層もサイドエッチングされ、可動体下の絶縁層がサイドエッチングされる幅と同程度の幅の空隙が構造体と、その下に位置する基板との間にも形成されることから、この空隙にも異物が入り込んで挟まるといったことが起こりうる。この場合、単結晶シリコン基板と、その上方に位置する単結晶シリコン層とが異物を介して電気的に短絡するといった状況が発生する可能性があり、よって構造体同士が異物及び単結晶シリコン基板を介して短絡するといった状況が起こりうる。

従って、例えば櫛歯型静電アクチュエータに電圧を印加するための電極として使用される単結晶シリコン層よりなる２つの構造体がこのようにして短絡してしまう虞れがあり、これによっても可動体の動作が不能となるものとなっていた。
この発明の目的はこのような状況に鑑み、ＳＯＩ基板を使用して形成することができ、かつ異物が挟まって可動体が動作しなくなるさらには電気的短絡が生じるといった従来の不具合が発生しない構造とした微小可動デバイスを提供することにあり、さらにその作製方法を提供することにある。

請求項１の発明は、単結晶シリコン基板上に、可動体と、その可動体以外の構造体とが形成されてなる微小可動デバイスであって、構造体は上記単結晶シリコン基板上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造を有するＳＯＩ基板の単結晶シリコン層からなり、絶縁層を介して単結晶シリコン基板上に固定されており、可動体は上記単結晶シリコン層からなり、構造体によって単結晶シリコン基板の板面と平行に変位可能に保持され、単結晶シリコン基板上面の上記構造体が存在しない全領域に凹部が形成されて、上記可動体が凹部上に位置し、上記構造体は凹部上に張り出すオーバーハング部を持ち、このオーバーハング部の下側にあって上記構造体を単結晶シリコン基板に固定している絶縁層の周縁が凹部上に懸からない位置にあり、これによって、単結晶シリコン基板と単結晶シリコン層との間に微小な空隙が形成されているものとされる。
請求項２の発明は、請求項１記載の微小可動デバイスを作製する方法であって、三層構造のＳＯＩ基板の単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、構造体用のマスクと幅狭パターンの組み合わせよりなる可動体用のマスクとをマスク層をパターニングして形成し、単結晶シリコン層のマスクから露出している部分を上記単結晶シリコン基板に垂直に絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、そのドライエッチングによって各マスクの下に形成された各単結晶シリコン層の基板板面に垂直な側壁面を側壁保護膜で覆い、絶縁層のドライエッチングによって露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板の上面を露出させ、その露出した単結晶シリコン基板の上面に対し、可動体用マスクの下側の上記単結晶シリコン基板の表面領域がエッチング除去されて凹部が形成されるまで晶シリコンの等方性エッチングを施し、これにより、上記単結晶シリコン基板上面の上記構造体が存在しない領域全てに凹部が形成され、上記可動体は凹部上に位置し、上記構造体は凹部上に張り出すオーバーハング部を持ち、その後、マスク及び側壁保護膜を除去し、上記可動体の下側の絶縁層及び上記オーバーハング部の下側の絶縁層をエッチング除去することによって作製される。

本発明によれば、単結晶シリコン基板上に、その基板板面と平行に変位する可動体と、その可動体以外の構造体とが形成されてなる微小可動デバイスは、構造体が絶縁層を介して単結晶シリコン基板上に固定され、単結晶シリコン基板上面の構造体が存在しない領域に凹部が形成されて、その凹部上に可動体が位置され、上記凹部のうち、部品が設置される部分にはその凹部内に単結晶シリコン基板の上面が残存されてなる設置基準が設けられているものとされる。
本発明において、設置基準が格子状をなすものとされる。
本発明において、設置基準が２本の平行な条とされ、それら条間にはＶ溝が存在しているものとされる。
本発明において、単結晶シリコン基板の上面が（１００）面とされ、設置基準の格子が単結晶シリコン基板の〈１１０〉方向に構成されているものとされる。
本発明において、単結晶シリコン基板の上面が（１００）面とされ、設置基準の条が単結晶シリコン基板の〈１１０〉方向に構成されているものとされる。

本発明の微小可動デバイスは、単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ基板の単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、構造体用のマスクと設置基準用のマスクと可動体用のマスクとを、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が、最も広いものから順に構造体用、設置基準用、可動体用のマスクの順となるようにしてマスク層をパターニングして形成し、単結晶シリコン層のマスクから露出している部分を絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、そのドライエッチングによって形成された基板板面に垂直な単結晶シリコン層の側壁面を側壁保護膜で覆い、絶縁層のドライエッチングによって露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板の上面を露出させ、その露出した単結晶シリコン基板の上面に対し、可動体となる部分の下がエッチング除去されるまで単結晶シリコンの等方性エッチングを施し、マスク及び側壁保護膜を除去した後、絶縁層を設置基準となる部分の上が除去されるまでエッチングすることによって作製される。

本発明において、絶縁層及びマスク層が共にシリコン酸化膜よりなり、マスク層の膜厚が絶縁層の膜厚より大とされる。
本発明の微小可動デバイスは、上面が（１００）面をなす単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ基板の単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、単結晶シリコン基板の〈１１０〉方向と平行な線で外形が構成される設置基準用のマスクと、その〈１１０〉方向と平行でない線を用いて外形が構成される可動体用のマスクと、構造体用のマスクとを、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が、最も狭いのが設置基準用のマスクとなるようにしてマスク層をパターニングして形成し、単結晶シリコン層のマスクから露出している部分を絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、絶縁層のドライエッチングによって露出した部分及びマスクを除去し、ドライエッチングによって設置基準用マスク下に形成された幅狭構造体全体が熱酸化されるまで単結晶シリコンを熱酸化し、単結晶シリコン基板の上面の熱酸化膜をエッチング除去して単結晶シリコン基板の上面を露出させ、その露出した単結晶シリコン基板の上面に対し、可動体となる部分の下がエッチング除去されるまで単結晶シリコンの異方性エッチングを施し、その後、上記熱酸化された部分をエッチング除去することによって作製される。

請求項３の発明は、請求項１記載の微小可動デバイスを作成する方法であって、上面が（１００）面をなす単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ基板の単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、単結晶シリコン基板の〈１１０〉方向と平行でない線を用いて外形が構成される可動体用のマスクと、構造体用のマスクとを、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が、広いものから順に構造体用、可動体用の各マスクとなるようにしてマスク層をパターニングして形成し、単結晶シリコン層のマスクから露出している部分を単結晶シリコン基板に垂直に絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、絶縁層のドライエッチングによって露出した部分及びマスクを除去し、単結晶シリコンの露出している表面を熱酸化し、単結晶シリコン基板の上面の熱酸化膜を単結晶シリコン基板に垂直にエッチング除去して単結晶シリコン基板の上面を露出させ、その露出した単結晶シリコン基板の上面に対し、可動体となる部分の下がサイドエッチングによって除去され、凹部が形成されるまで単結晶シリコンの異方性エッチングを施し、その後、絶縁層及び側壁上の熱酸化膜を除去することによって作製される。

この発明による微小可動デバイスによれば、従来と同様、ＳＯＩ基板を用いることができ、かつ凹部を形成したことによって、従来問題となっていた単結晶シリコン基板と、その上に位置する可動体との間の空隙に異物が挟まって可動体が動作しなくなるといった不具合を解消することができ、さらには単結晶シリコン基板と、その上に固定配置される構造体とが異物を介して電気的に短絡してしまうといった不具合を解消することができる。
従って、良好な動作性能を有し、信頼性に優れた微小可動デバイスを得ることができる。

しかも、本発明の微小可動デバイスによれば、単結晶シリコン基板の上面が残存されてなる設置基準が設けられているため、凹部に左右されることなく、高い高さ精度をもって部品を搭載設置することができる。
また、この発明による作製方法によれば、上記のような微小可動デバイスを例えば市販のＳＯＩ基板を用いて良好に製造することができる。
なお、本発明の１つの作製方法では単結晶シリコンの等方性エッチングによって凹部と設置基準とを同時に形成することができるものとなっており、一方本発明の他の作製方法では単結晶シリコンの異方性エッチングによって凹部と設置基準とを同時に形成することができるものとなっており、いずれにしても簡便なプロセスで凹部と設置基準を具備する微小可動デバイスを作製できるものとなっている。

本発明による微小可動デバイスの一実施例として光スイッチの構成を示した平面図。 Ａは図１のＡ−Ａ断面図、Ｂは図１のＢ−Ｂ断面図、Ｃは図１のＣ−Ｃ断面図。 図１の光スイッチの動作を説明するための図。 図１の光スイッチの動作を説明するための図。 本発明による微小可動デバイスの作製方法を説明するための図。 本発明による微小可動デバイスの一実施例として光スイッチの構成を示した平面図。 図６の部分拡大図。 Ａは図６のＡ−Ａ断面図、Ｂは図６のＢ−Ｂ断面図、Ｃは図６のＣ−Ｃ断面図。 図６に示した光スイッチの作製方法を説明するための図。 図９においてファイバ溝内に設ける設置基準用のマスクパターンを示す図、Ａは連続パターンとした場合、Ｂは島状パターンとした場合を示す。 結露による短絡発生を説明するための図、Ａは凹部がない場合（従来例）を示し、Ｂは凹部がある場合を示す。 図６に示した光スイッチの他の作製方法を説明するための図。 短絡発生をより確実に防止するための構成、作製方法を説明するための図。 微小可動デバイスの一例として設置基準を具えた光スイッチの構成を示した平面図。 図１４に示した光スイッチの作製方法を説明するための図。 図１４に示した光スイッチの作製方法を説明するための図。 微小可動デバイスの他の一例として設置基準を具えた光スイッチの構成を示した平面図。 図１６に示した光スイッチの作製方法を説明するための図。 図１６に示した光スイッチの他の作製方法を説明するための図。 図１６に示した光スイッチの他の作製方法を説明するための図。 微小可動デバイスの従来例を示す平面図。 図１８に示した微小可動デバイスの作製方法を示す図。

この発明を光スイッチに適用した実施形態を図面を参照して説明する。
図１は光スイッチの平面図であり、板状の基体４１の上面４１ａに４本のファイバ溝４２ａ〜４２ｄが十字状に形成され、これらファイバ溝４２ａ〜４２ｄにより４分割された１つの領域が駆動体形成部４１′とされる。駆動体形成部４１′にはこれを２分するようにファイバ溝４２ａ〜４２ｄの中心部４３と連通したロッド溝４４が形成され、さらに凹部４５がこのロッド溝４４の他端と連通して形成されている。
ロッド溝４４には可動ロッド４６が配され、可動ロッド４６の中心部４３側の一端にはミラー４７が設けられている。可動ロッド４６の凹部４５内に位置する延伸方向中間部の両側には板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂが連結され、さらに延伸方向他端の両側にも板ばねヒンジ４８ｃ，４８ｄが連結され、これら板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄにより、可動ロッド４６はその延伸方向に移動自在に駆動体形成部４１′に支持されている。

板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂと４８ｃ，４８ｄとの間において、櫛歯型静電アクチュエータが設けられ、その可動櫛歯電極４９が可動ロッド４６の両側に固定されている。可動櫛歯電極４９はその両側に、つまり可動ロッド４６の延伸方向両側に櫛歯を有するものとなっている。
可動櫛歯電極４９に対し、板ばねヒンジ４８ｃ，４８ｄ側と４８ａ，４８ｂ側にはそれぞれ可動櫛歯電極４９と組み合わされる第１固定櫛歯電極５１と第２固定櫛歯電極５２とが配置され、これらは凹部４５底面に固定されている。

図２Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ図１におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示したものであり、基体４１は単結晶シリコン基板６１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３が配置されてなる三層構造を有するものとされ、単結晶シリコン基板６１上に、その基板板面と平行に変位する可動ロッド４６、ミラー４７、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄ、可動櫛歯電極４９といった可動体が単結晶シリコン層６３によって構成されている。
また、可動体以外の、第１、第２固定櫛歯電極５１，５２を含め、ファイバ溝４２ａ〜４２ｄ、ヒンジ溝４４、凹部４５を規定する構造体が可動体と同様に単結晶シリコン層６３によって構成されており、これら構造体は絶縁層６２を介して単結晶シリコン基板６１上に固定配置されている。なお、この例では可動体の下部にも絶縁層６２が存在するものとなっている。

単結晶シリコン基板６１上面の、可動体以外の各構造体間には図２に示したように凹部６４が設けられており、この凹部６４によって可動体は単結晶シリコン基板６１と離間され、つまり可動体が変位する範囲にこのように凹部６４が形成されていることによって、この例では可動体と単結晶シリコン基板６１との空隙が十分に確保されている。
図３は図１に示した構成に対し、４本のファイバ溝４２ａ〜４２ｄにそれぞれ光ファイバ７１ａ〜７１ｄが配置された状態を示したものであり、この初期状態（第１安定状態）ではミラー４７は中心部４３に位置しており、例えば光ファイバ７１ａから出射された光はミラー４７によって反射されて光ファイバ７１ｄに入射し、光ファイバ７１ｂから出射された光は同様にミラー４７によって反射されて光ファイバ７１ｃに入射する。

可動ロッド４６、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄを介して可動櫛歯電極４９と電気的につながれている駆動体形成部４１′及び第２固定櫛歯電極５２をそれぞれアースとした状態で第１固定櫛歯電極５１に電圧を印加すれば、第１固定櫛歯電極５１と可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第１安定状態の保持力よりも大きい場合、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄは図４に示したように第２安定状態へと反転し、その電圧の印加を絶ってもその状態で自己保持される。この時、ミラー４７は図４に示したように中心部４３
から退避した状態となり、光ファイバ７１ａ，７１ｂからの各出射光は直進して光ファイバ７１ｃ，７１ｄにそれぞれ入射される。

上記における第１安定状態及び第２安定状態は板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄの形状をその延伸方向に適切なＳ字形状とすることで得ることができる。なお、駆動体形成部４１′及び第１固定櫛歯電極５１をアースとした状態で第２固定櫛歯電極５２に電圧を印加すれば、第２固定櫛歯電極５２と可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第２安定状態の保持力よりも大きい場合には再び図３の第１安定状態へと戻る。
第１または第２固定櫛歯電極５１または５２と可動櫛歯電極４９との間にそれぞれ電圧を印加するには、例えば第１、第２固定櫛歯電極５１，５２にそれぞれボンディングワイヤを接続しておき、それらボンディングワイヤと駆動体形成部４１′との間に電圧を印加すればよい。

上記のような構造とされた光スイッチによれば、単結晶シリコン基板６１の板面と平行に変位する可動体（可動ロッド４６、ミラー４７、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄ、可動櫛歯電極４９）と単結晶シリコン基板６１とは凹部６４の存在により、大きく離間されており、つまり従来の３μｍ程度といった空隙に比し、凹部６４を設けることによって空隙を大幅に広くすることができ、よって異物が空隙に入り込んで挟まり、可動体が動作しなくなるといった不具合を解消することができる。
次に、上述した光スイッチのように、単結晶シリコン基板上に、その基板板面と平行に変位する可動体と、その可動体以外の構造体とを備え、単結晶シリコン基板上面の可動体が変位する部分に凹部が形成されてなる構造の微小可動デバイスを作製する方法について説明する。図５（１）〜（５）は作製方法を工程順に示したものであり、以下各工程（１）〜（５）について説明する。

（１）単結晶シリコン基板６１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３が配置されてなる三層構造のＳＯＩ基板６０を用意する。単結晶シリコン層６３の上面にレジストを塗布してマスク層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用い、マスク層をパターニングして単結晶シリコン基板６１上に固定配置される構造体用のマスク６５と可動体用のマスク６６とを形成する。
可動体は図１の光スイッチの平面図に示されているように、個々の要素で見た場合、つまり可動ロッド４６、ミラー４７、板ばねヒンジ４８ａ〜４８ｄ、可動櫛歯電極４９を個々に見た場合、基板板面の面内方向において少なくとも一方向が幅狭とされ、よって可動体用のマスク６６は全体として幅狭パターンの組み合わせによって構成される。これに対し、構造体用のマスク６５は幅広とされる。

（２）単結晶シリコン層６３の、マスク６５，６６から露出している部分を絶縁層６２が露出するまで深掘りのガス反応性ドライエッチングによって除去する。このエッチングにはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）−ＲＩＥ装置を用い、その際、形成される側壁面の垂直性を高めるために、エッチング工程とポリマー析出工程とを交互に繰り返して垂直掘りを進めてゆく技術を用いるのが好ましい。このような両工程の実施はＩＣＰ装置のプラズマ室に、エッチング工程には６弗化硫黄（ＳＦ６）とアルゴンの混合ガスを、ポリマー析出工程にはオクタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）とアルゴンの混合ガスをそれぞれ供給することで行うことができる。

なお、単結晶シリコン層６３のエッチングの交互に繰り返す工程を終了すると、その工程のサイクルごとに残留堆積したポリマー層が側壁面に形成されているので、これをそのまま側壁面を覆う側壁保護膜６７として利用する。
（３）絶縁層６２の露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板６１の上面を露出させる。このエッチングは５０％程度の弗素酸（ＨＦ）溶液によるウエットエッチ
ングでもよいが、ここではＲＩＥ（Reactive Ion
Etching）装置によりトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）とアルゴンの混合ガスを用いたドライエッチングを行う。

（４）露出した単結晶シリコン基板６１の上面に対し、単結晶シリコンの等方性エッチングを行う。ここではＲＩＥ装置により６弗化硫黄（ＳＦ６）とアルゴンの混合ガスを用いた等方性のドライエッチングを行う。
等方性エッチングは横方向にも進行するので適切なエッチング時間を選ぶことで、単結晶シリコン層６３及び絶縁層６２の構造体となる幅広部分の下は単結晶シリコンが残り、幅狭部分の下は単結晶シリコンが完全にエッチング除去されるようにする。このように等方性エッチングを行うことにより、単結晶シリコン基板６１の上面に凹部６４が形成され、この凹部６４により可動体となる幅狭部分と単結晶シリコン基板６１との間には十分な空隙が形成される。一方、凹部６４は幅広部分の下にも若干入り込んで形成されるものの、残留する単結晶シリコンによって幅広部分は単結晶シリコン基板６１上に固定されている。なお、凹部６４の深さは例えば１０μｍ程度は確保する。

（５）マスク６５，６６及び側壁保護膜６７を除去する。これにより、可動体８１以外の構造体８２は絶縁層６２を介して単結晶シリコン基板６１上に固定され、可動体８１は凹部６４によって単結晶シリコン基板６１との間に大きな空隙が設けられた構造が完成する。溝８３は図１に示した光スイッチにおけるファイバ溝４２ａ（４２ｂ〜４２ｄ）に対応する。
レジストよりなるマスク６５，６６及びポリマー析出物よりなる側壁保護膜６７の除去はＯ２プラズマによるドライエッチングまたは硫酸によって同時に行うことができる。

なお、図１に示した光スイッチのミラー４７においてそのミラー面に反射膜の形成が必要なように、可動体８１もしくは構造体８２の面（側壁面）に所要の膜形成を要する場合は、その膜形成を最後に行う。
上述したような作製方法によれば、ＳＯＩ基板６０としては市販のものを従来と同様に使用することができる。但し、その三層構造の中間の絶縁層６２は従来のように可動体形成用の犠牲層としては用いず、上方の単結晶シリコン層６３のエッチングストップ層及び電気的な絶縁に使用される。

工程（４）における単結晶シリコン基板６１の上面への凹部６４形成のためのエッチングは本質的に等方性エッチングであればよいので、上記ドライエッチングに限定されず、例えば硝弗酸をエッチャントとしたウエットエッチングを用いてもよい。但し、上記のように工程（３）における絶縁層６２のエッチング及びこの工程（４）における単結晶シリコンのエッチングを共にＲＩＥ装置によるドライエッチングとすることにより、ガスのみ置換してこれら２つの工程を連続して行うことができ、その点で使用装置及び工程の簡素化を図ることができる。

また、工程（２）における側壁保護膜６７の形成は上記のようにポリマー析出層を利用するのが最も好都合だが、これ以外の方法としては単結晶シリコン層６３の異方性エッチングが終了した段階で、別途、シリコン酸化物を側壁面に蒸着したり、あるいは基板を高温水蒸気にさらして側壁面を熱酸化し、表面に酸化膜を形成する方法でシリコン酸化物の側壁保護膜６７を設けることも可能である。
但し、この場合は側壁保護膜６７がＳＯＩ基板６０の中間絶縁層６２と同じシリコン酸化膜となるので、工程（３）の絶縁層６２除去工程においては側壁保護膜６７を残して、露出している絶縁層６２を選択的に除去しなければならない。これは例えば次のようにして行うことができる。

即ち、ＲＩＥ装置内に一対の平行平板電極を設け、その電極間に図５（２）の状態の基
板を、基板板面を電極に平行に設置する。そして、装置のプラズマ室にトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）などを含む反応性ガスを供給して、電極表面のイオンシースによって発生する直流電界によってプラズマ中の粒子のうちのイオンを加速し、大きなエネルギで単結晶シリコン層６３のエッチング溝の底部に露出している絶縁層６２を衝撃し、イオン促進化学反応を起こす。これによってエッチングをイオンの入射方向にのみ進行させ、側壁保護膜６７を維持したまま、絶縁層６２のみを効果的に除去することができる。

なお、このようにシリコン酸化物で側壁保護膜６７を形成した場合はその除去は弗酸を使用して行う。この場合、垂直側壁面上の側壁保護膜６７と可動体８１下部の絶縁層６２とは同時に除去されるが、構造体８２下部の絶縁層６２は、側壁保護膜６７が非常に速く除去されるので、同時に絶縁層６２に生じる横方向のエッチングはわずかであり、問題にならない。
上述した例では可動体８１及び構造体８２の凹部６４上に位置する辺縁部（オーバーハング部）は図５（５）のように単結晶シリコン層６３と絶縁層６２との二層で構成されており、特に構造体８２のオーバーハング部に絶縁層６２が具備されていることで、その下の空隙に入り込んだ導電性の異物によって単結晶シリコン層６３が単結晶シリコン基板６１と電気的に短絡してしまうといったことを防止することができる。

しかしながら、凹部６４の深さを１０μｍ程度確保し、加えてオーバーハング部の絶縁層（例えば３μｍ厚）を除去すると、構造体８２の下面から凹部６４の底まで合わせて１３μｍ程度の深さを形成することになる。そこで、例えばこれだけの空隙を短絡するような寸法の異物の侵入自体、あり得ないと判断できる環境下でデバイスを使用する場合であれば、空隙の大きさだけで短絡を防ぐという目的も十分達成されるのでオーバーハング部の絶縁層は必ずしも必要ではない。
加えて、例えば可動体８１をより柔軟にするとか、あるいは二層構造によって界面に生じる応力等が可動体８１において問題となる場合には図５（５）の状態からさらに可動体８１及び構造体８２オーバーハング部の絶縁層６２を弗酸によって除去してもよい。

ところで、上述した例では凹部６４は可動体８１の下のみならず、可動体８１以外の固定配置された各構造体８２間に形成されており、つまり単結晶シリコン基板６１の上面の構造体８２が存在しない領域全てに凹部６４が形成されるものとなっており、よって光ファイバ７１ａ〜７１ｄが設置されるファイバ溝４２ａ〜４２ｄにも凹部６４が存在している。
しかるに、エッチングによって形成される凹部６４の底面の高さを高精度に制御するのは一般に容易ではなく、また複数の凹部６４が単結晶シリコン基板６１上に存在する場合に、それら凹部６４の底面の高さをばらつきなく、一致させることも容易ではない。
従って、このような凹部６４上に設置される光ファイバ７１ａ〜７１ｄはその高さ精度の悪化及び高さのばらつきは避けられず、光軸ずれによる光結合効率の悪化を招くことになる。

次に、このような問題を解決すべく、凹部６４の形成状態によらず、高精度な高さ精度をもって部品を搭載設置できるようにした構成について説明する。
図６はこのような構成を有する微小可動デバイスを光スイッチを例に示したものであり、図７Ａ，Ｂはその部分拡大図を示す。また、図８Ａ〜Ｃは図６におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面をそれぞれ示す。なお、図１，２に示した光スイッチと対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では図８Ｃに例示したように、各ファイバ溝４２ａ〜４２ｄの凹部６４内に設置基準９１が設けられており、この設置基準９１上に光ファイバ７１ａ〜７１ｄが設置されるものとなっている。設置基準９１は凹部６４内において単結晶シリコン基板６１の上面がエッチングされることなく、残存されてなるもので、極めて高い面精度を有しており、
よって各光ファイバ７１ａ〜７１ｄの高さを高精度に一致させることができ、かつ単結晶シリコン層６３によって構成されるミラー４７と光ファイバ７１ａ〜７１ｄとの相対高さも、両者とも単結晶シリコン基板６１の上面を基準として高さ制御できるので高精度に制御できるものとなる。

一方、この例では図６に示したように第１固定櫛歯電極５１及び第２固定櫛歯電極５２とそれぞれ連結されて駆動体形成部４１′の周縁側に至る導電路５３，５４が形成されており、これら導電路５３，５４を横切る駆動体形成部４１′の周縁部分（図６中、二点鎖線で囲んだ部分）が電極パッド形成領域５５とされ、この電極パッド形成領域５５に図８Ａに示したように電極パッド５６が形成されている。電極パッド５６は例えばＴｉ膜を下地としたＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜よりなり、スパッタにより成膜形成される。なお、図７Ａにおける５７はファイバ押圧ばねを示し、ファイバ溝４２ａ〜４２ｄに設置された光ファイバ７１ａ〜７１ｄはこのファイバ押圧ばね５７により押圧位置決めされるものとなっている。

図９は上記のような構造を有する光スイッチの作製方法を工程順に示したものであり、図６のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面の３箇所について示している。以下、各工程（１）〜（６）について説明する。
（１）ＳＯＩ基板６０を用意する。
（２）単結晶シリコン層６３の上面にレジストを塗布してマスク層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用い、マスク層をパターニングして単結晶シリコン基板６１上に固定配置される構造体用のマスク６５と可動体用のマスク６６とを形成する。この際、ファイバ溝内に形成される設置基準用のマスク６８も同時に形成する。
構造体用のマスク６５と可動体用のマスク６６と設置基準用のマスク６８は、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が、最も広いものから順に構造体用のマスク６５、設置基準用のマスク６８、可動体用のマスク６６の順となるようにされている。

設置基準用のマスク６８は図１０Ａに示したようなファイバ溝の延伸方向に沿った連続パターンであっても、図１０Ｂに示したような島状のパターンであってもよい。なお、島状のパターンとした場合には、後述する工程（４）において単結晶シリコン基板６１の上面に島と島との間に凹部ができるため、この凹部により光ファイバの下に接着剤を注入することができ、光ファイバの固定強度を増すことができるものとなる。
続いて、単結晶シリコン層６３の、マスク６５，６６，６８から露出している部分を絶縁層６２が露出するまで深掘りのガス反応性ドライエッチングによってエッチング除去する。この際、図には示していないが、エッチング側壁には前述の図５（２）の場合と同様、膜が堆積し、側壁保護膜が形成される。

（３）絶縁層６２の露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板６１の上面を露出させる。
（４）露出した単結晶シリコン基板６１の上面に対し、可動体となる部分の下がエッチング除去されるまで単結晶シリコンの等方性エッチングを行う。これにより、凹部６４が形成される。なお、（３），（４）の工程はウエットエッチングでもよいが、ドライエッチングとすれば（２）〜（４）の工程を同一装置内で連続的に行うことができ、都合がよい。
（５）マスク６５，６６，６８及び側壁保護膜を除去した後、絶縁層６２を設置基準９１となる部分の上が除去されるまでエッチングし、設置基準９１上の単結晶シリコン層６３を取り除く。
（６）電極パッド形成領域５５及びミラー４７領域にメカマスクを用いてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜をスパッタにより成膜する。これにより、図６〜８に示した光スイッチが完成する
。

なお、ファイバ溝４２ａ〜４２ｄの幅が例えば百数十μｍあるとすれば、設置基準９１の幅は例えば５０μｍ程度に設定される。この場合、凹部６４の深さを１０μｍとすれば、凹部６４形成の際の等方性エッチングは横方向にも深さ方向と同寸法進行するので、設置基準用のマスク６８の幅は７０μｍとなる。
設置基準９１の形状を島状とすることにより、島と島との間にできる凹部によって光ファイバの固定強度を増すことができると上述したが、これに加え、図１０Ａに示したように設置基準用のマスク６８を連続パターンにした場合、ファイバ溝内の凹部６４が２つに分離されるのに対し、それら２つの凹部６４が連通されることになるため、例えば光ファイバ搭載後に充填されるＵＶ硬化型接着剤などの接着剤の流れが良くなり、ファイバ溝の全体にわたって接着剤の均等な液面高さを即座に得られるものとなる。

このような設置基準９１は構造体の中に取り囲まれ、つまり凹部６４に囲まれた状態で形成されてもよいし、上記ファイバ溝の例のように基板辺縁に到達して凹部６４や構造体に囲まれない辺部を有してもよい。
設置基準９１はこの例のように光ファイバを搭載する面の他に、例えばレンズや半導体発光素子、半導体光変調器などのチップ素子を搭載する面として使用される。なお、チップ素子を搭載する場合には設置基準９１の表面に電極パッドとなるメタル層を他の部分の電極パッドと同じ工程で成膜形成するようにする。
凹部６４を設けることにより、異物の挟まりによって可動体が動作しなくなる、あるいは電気的な短絡が生じるといった不具合を解消できることは前述した通りであるが、ここで結露（広義の異物に含む）による短絡について説明する。

図１１Ａは凹部６４がない場合の結露の様子を比較例（従来例）として示したものであり、図中、７５は結露を示す。結露７５はシリコンとメタル（Ａｕ）の境界付近に選択的に発生する傾向がある。メカマスクを用いた電極パッド５６の成膜形成においては、単結晶シリコン層６３の側壁面及び露出している単結晶シリコン基板６１の上面にもメタル層５６ａ，５６ｂが形成されるため、図１１Ａに示したように結露７５が発生し、これにより電極パッド５６−１と５６−２とが短絡するといった状態が生じる。
これに対し、図１１Ｂは凹部６４がある場合であって、凹部６４の存在により結露７５が生じても短絡を防止できることがわかる。
なお、光スイッチに限らず、この種のＳＯＩ基板を用いて作製される微小可動デバイスは一般にパッケージに格納されるが、完全な密閉構造の実現は難しく、水蒸気が経時的に徐々に侵入し、温度環境の変化によってデバイス表面に結露が生じうるものとなっている。

次に、図６〜８に示した光スイッチの他の作製方法について説明する。図１２は作製方法を図９と同様に工程順に示したものであり、以下、各工程（１）〜（６）について説明する。
（１）ＳＯＩ基板６０を用意する。
（２）単結晶シリコン層６３の上面にシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン酸化膜をパターニングして図９（２）の場合と同様に構造体用のマスク６５と可動体用のマスク６６と設置基準用のマスク６８を形成する。なお、マスク層をなすシリコン酸化膜の膜厚は同じくシリコン酸化膜よりなる絶縁膜６２の膜厚より大とする。
続いて、単結晶シリコン層６３のマスク６５，６６，６８から露出している部分を絶縁層６２が露出するまで深掘りのガス反応性ドライエッチングによってエッチング除去する。この際、エッチング側壁には図には示していないが、側壁保護膜が形成される。
（３）絶縁層６２の露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板６１の上面
を露出させる。この時、マスク６５，６６，６８も同様にエッチングされるが、絶縁層６２より厚いため、残存する。
（４）露出した単結晶シリコン基板６１の上面に対し、図９（４）と同様に、単結晶シリコンの等方性エッチングを行う。
（５）側壁保護膜を除去した後、絶縁層６２を図９（５）と同様にエッチングし、設置基準９１上の単結晶シリコン層６３を取り除く。この際、マスク６５，６６，６８も同時にエッチングされて除去される。
（６）電極パッド形成領域５５及びミラー４７領域にＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜をスパッタにより成膜して、光スイッチが完成する。

上述した作製方法ではレジストに替えてシリコン酸化膜によってマスク６５，６６，６８を形成するものとなっており、そのパターニングのために工程が増えることになるが、ドライエッチングにおけるエッチング耐性の点ではレジストよりも強く、信頼性が高いという利点がある。
なお、図９及び１２に示した二つの作製方法では工程（２）におけるガス反応性のドライエッチングで側壁に堆積した膜（ポリマー析出層）を工程（４）のエッチングの際の側壁保護膜として利用しているが、図１２に示した作製方法では工程（２）の後に熱酸化を行うことで、側壁保護膜をシリコン酸化膜とすることもできる。

このように側壁保護膜をシリコン酸化膜とした場合には、
ａ）単結晶シリコン基板６１のエッチング工程における保護膜としての信頼性がポリマー析出層よりも高い
ｂ）ミラー面などの平滑な垂直面（側壁面）を要する場合、酸化膜生成工程における垂直面の平坦化作用が副次的に有効である
ｃ）所望のポリマー析出層を生成残留させる必要のないことから、深掘りのガス反応性ドライエッチングにおけるエッチングとポリマー析出とを交互に繰り返すといった工程条件の自由度が拡大する
といった利点がある。

ところで、図９や図１２に示した作製方法では工程（５）における絶縁層６２のエッチングによって設置基準９１の上の単結晶シリコン層６３を取り除くことができるものの、このエッチングによって構造体下の絶縁層６２も周縁部分がエッチングされ、よって図１１Ｂに点線７６で示したように単結晶シリコン基板６１と単結晶シリコン層６３との間に微小な空隙が形成される。
このような空隙が存在すると、空隙に結露７５が捕獲される可能性があり、また結露７５以外の異物がはまり込む可能性があり、それにより単結晶シリコン基板６１と単結晶シリコン層６３とが短絡するといった状況が発生しうる。図１３はこのような空隙の存在による短絡を防止できるようにした構成、作製方法を示したものであり、以下、図１３に示した作製工程について説明する。

工程（１）〜（５）は図９もしくは図１２に示した工程（１）〜（５）のいずれかにより実施する。
（５′）露出した単結晶シリコン表面全域を熱酸化により酸化してシリコン酸化膜６９を形成する。
（５″）電極パッド形成領域５５の単結晶シリコン層６３上のシリコン酸化膜６９をパターニングして導通用の窓７０を形成する。
（６）電極パッド形成領域５５及びミラー４７領域にＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜をスパッタにより成膜する。
このような工程を採用し、熱酸化によるシリコン酸化膜６９を形成することにより、前述の空隙部分における短絡を確実に防止することができるものとなる。

以上、光スイッチを例に、短絡や可動体の動作不良を防止する凹部６４を備えた構成及び単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる設置基準９１を凹部６４内に設けることにより優れた高さ精度をもって部品を搭載設置できるようにした構成について説明し、さらにそのような凹部６４、設置基準９１を単結晶シリコンの等方性エッチングによって作製する方法について説明したが、次にこのような凹部や設置基準が単結晶シリコンの異方性エッチングによって作製された構成及びその作製方法について説明する。

図１４はこのような構成を有する微小可動デバイスを光スイッチを例に示したものであり、図１，２に示した光スイッチと対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では光スイッチは上面（表面）が（１００）面をなす単結晶シリコン基板６１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３が配置されてなるＳＯＩ基板６０を用いて作製されるものとなっており、４本のファイバ溝４２ａ〜４２ｄは単結晶シリコン基板６１の〈１１０〉方向に沿って形成されている。
一方、ミラー４７、可動ロッド４６、板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂ及び可動櫛歯電極４９といった可動体は〈１１０〉方向と平行でない線を主に用いて構成されており、可動ロッド４６はこの例では一対の板ばねヒンジ４８ａ，４８ｂによって支持されている。なお、可動体の太い部分にはくりぬき５８が設けられており、このくりぬき５８も〈１１０〉方向と平行でない線を主に用いて構成されている。但し、これらはいずれもその外形の細部において一部〈１１０〉方向に平行な線部分を含んでもよい。

静電アクチュエータはこの例では１組の可動櫛歯電極４９と固定櫛歯電極５１とで構成されており、この固定櫛歯電極５１及び可動ロッド４６が位置するロッド溝４４、そのロッド溝４４に続く凹部４５も〈１１０〉方向と平行でない線を主に用いて構成されている。なお、この例では初期状態においてミラー４７が中心部４３に位置しており、可動櫛歯電極４９と固定櫛歯電極５１との間に電圧を印加することによりミラー４７が中心部４３から退避し、その電圧を印加している間、退避状態が維持されるものとなっている。
各ファイバ溝４２ａ〜４２ｄ内には単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる設置基準１０１が設けられており、設置基準１０１はこの例では格子状をなし、その格子は単結晶シリコン基板６１の〈１１０〉方向に構成されている。光ファイバはこの格子状をなす設置基準１０１上に搭載設置される。

図１５−１，１５−２は上記のような構造を有する光スイッチの作製方法を工程順に模式的に示したものであり、以下、各工程について説明する。
（１）上面が（１００）面をなす単結晶シリコン基板６１上に絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３が配置されてなるＳＯＩ基板６０を用意する。単結晶シリコン層６３の上面を酸化してシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用い、このシリコン酸化膜よりなるマスク層をパターニングして単結晶シリコン基板６１上に固定配置される構造体用のマスク６５と可動体用のマスク６６と設置基準用のマスク１１１とを形成する。
設置基準用のマスク１１１は単結晶シリコン基板６１の〈１１０〉方向と平行な線で外形が構成され、可動体用のマスク６６はその〈１１０〉方向と平行でない線を主に用いて外形が構成される。また、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が最も狭いのが設置基準用のマスク１１１となるようにされ、具体的には設置基準用のマスク１１１のパターン幅は１〜２μｍ程度とされて格子状をなすものとされるが、ただしそのマスク１１１の幅は絶縁層６２の厚みよりは大きく設計される。

（２）単結晶シリコン層６３の、マスク６５，６６，１１１から露出している部分を絶縁層６２が露出するまで深掘りのガス反応性ドライエッチングによってエッチング除去す
る。これにより、可動体８１及び構造体８２が形成され、さらに設置基準用のマスク１１１下には幅狭の構造体１１２が形成される。
（３）絶縁層６２の露出した部分をエッチング除去して単結晶シリコン基板６１の上面を露出させる。このエッチングはフッ酸水溶液を用い、短時間で行われる。例えば５０ｗｔ％のフッ酸水溶液なら３分程度である。ここで幅狭構造体１１２下部の絶縁層６２が完全に消失しないよう、エッチング時間が長くなりすぎないようにする。この工程は下記工程（５）のＲＩＥによる酸化膜除去を必要最小限にするために行われ、同時にシリコン酸化膜よりなるマスク６５，６６，１１１もエッチング除去される。
（４）単結晶シリコンを熱酸化する。酸化量は幅狭構造体１１２全体が酸化される量以上とする。単結晶シリコンの表面には熱酸化膜１１３が形成され、可動体８１及び構造体８２の側壁に形成された熱酸化膜１１３は下記工程（６）の異方性エッチングの際の可動体８１及び構造体８２の側壁保護膜として機能する。

（５）単結晶シリコン基板６１の上面及び単結晶シリコン層６３の上面の熱酸化膜１１３をエッチング除去して単結晶シリコン基板６１の上面及び単結晶シリコン層６３の上面を露出させる。このエッチングは例えばＣＨＦ３とＡｒの混合ガスによるＲＩＥにて行う。ＲＩＥにはイオンの入射方向と平行な面に対するエッチング作用がほとんどないため、可動体８１及び構造体８２の側壁の熱酸化膜１１３は除去されない。
（６）ＫＯＨ水溶液を用いて単結晶シリコンの異方性エッチングを行う。熱酸化膜１１３が除去されて露出された単結晶シリコン基板６１の上面及び単結晶シリコン層６３の上面がエッチングされる。エッチングは可動体８１となる部分の下がエッチング除去されるまで行う。可動体８１下では（１００）面、（１１０）面、（３１１）面等によるサイドエッチングが発生し、凹部６４が形成される。

一方、ファイバ溝内では幅狭構造体１１２が単結晶シリコン基板６１の〈１１０〉方向と平行な格子形状をなしているため、（１１１）面による逆ピラミッド型の穴１０２が形成されるが、幅狭構造体１１２下はサイドエッチングが発生しないため、単結晶シリコン基板６１の表面が残ったままとなる。これにより、逆ピラミッド型の穴１０２の集合よりなる凹部６４と、その凹部６４内において格子状をなす設置基準１０１が形成される。
（７）工程（４）で熱酸化されて残っている部分、即ち可動体８１、構造体８２の側壁の熱酸化膜１１３や幅狭構造体１１２をフッ酸で除去する。そして、図には示していないが、電極パッドを成膜形成し、同時にミラーにも金属を成膜する。金属の表面はＡｕが望ましい。

上記のような作製工程により、図１４に示した光スイッチが完成する。なお、図１５−２の（８）は光ファイバ７１がファイバ溝に搭載設置された状態を示したものであり、光ファイバ７１の高さ位置は単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる格子状の設置基準１０１により高精度に決定されるものとなる。なお、図には示していないが、光ファイバ７１は接着剤により固定される。
このように、この例によれば単結晶シリコンの異方性エッチングによって単結晶シリコン基板６１上に固定配置される各構造体間に凹部６４を形成することができ、かつ光ファイバ７１が設置される部分には単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる格子状の設置基準１０１を凹部６４内に設けることができるものとなっている。

上述した例では格子状をなす設置基準１０１の上面が搭載面とされて光ファイバ７１が搭載されるものとなっているが、次に設置基準を２本の平行な条とし、かつそれら条間にＶ溝を形成して、そのＶ溝によって光ファイバを高精度に搭載できるようにした構成について説明する。
図１６はこのような構成を有する光スイッチを示したものであり、図１４と対応する部分には同一符号を付してある。
この例では各ファイバ溝４２ａ〜４２ｄ内には単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる２本の平行な条１０３よりなる設置基準１０４が設けられており、これら条１０３はそれぞれファイバ溝４２ａ〜４２ｄと平行に延伸され、つまり単結晶シリコン基板６１の〈１１０〉方向に構成されている。設置基準１０４をこのような２本の条１０３とすることにより、２本の条１０３間にはＶ溝が形成されるものとなる。

図１７（ア）はこのＶ溝が形成される様子を図１５−２の工程（６）と対応させて示したものであり、この例ではファイバ溝内に２本の平行な幅狭構造体１１２′が図１５−１，１５−２における工程（１）〜（５）と同様の工程を経て形成されており、単結晶シリコンの異方性エッチングにより、これら幅狭構造体１１２′間において単結晶シリコン基板６１の上面に（１１１）面よりなるＶ溝１０５が形成されるものとなる。なお、両幅狭構造体１１２′の互いの外側にもＶ溝１０６が形成されている。

図１７（イ）は設置基準１０４を２本の平行な条１０３としたことにより、それら条１０３間に形成されたＶ溝１０５に光ファイバ７１が搭載設置された状態を示したものであり、Ｖ溝１０５によって光ファイバ７１を高精度に位置決めできるものとなる。なお、Ｖ溝１０５によって高さ方向だけでなく、横方向も正確に位置決めでき、かつＶ溝１０５の設計により、つまり単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる２本の条１０３の間隔を選定することにより、光ファイバ７１の光軸高さの調整も容易に行えるものとなる。
なお、設置基準１０４を２本の条１０３として、それら条１０３間にＶ溝１０５を設ける形態の作製方法は、上記図１７を参照して説明した方法の他に、マスクパターン幅の広狭の順序を設置基準用と可動体用とで入れ替え、つまり設置基準用マスクのパターン幅を可動体用マスクのパターン幅より広くして、設置基準用マスク下に形成される幅狭構造体もその全体ではなく、表面だけが熱酸化されるようにし、その下の絶縁層部分をエッチング除去して上部の幅狭構造体部分を離脱除去するといった方法も採用することができる。図１８−１，１８−２はこの作製方法を図１５−１，１５−２と対応させて工程順に示したものである。

この例では図１８−１の工程（１）に示したように設置基準用のマスク１１１のパターン幅は可動体用のマスク６６のパターン幅より大とされ、工程（４）における単結晶シリコンの熱酸化によって幅狭構造体１１２′はその表面が熱酸化されるものとなる。工程（１）〜（６）は図１５−１，１５−２における工程（１）〜（６）と同様の工程とされ、２本の幅狭構造体１１２′間にはＶ溝１０５が形成される。工程（６）における単結晶シリコンの異方性エッチングはＶ溝１０５を所望の大きさに形成することにより完了する。
工程（７）では設置基準１０４をなす２本の条１０３上の絶縁層６２が除去されるまで絶縁層６２がエッチング除去され、同時に熱酸化膜１１３もエッチング除去される。絶縁層６２をこのようにエッチング除去することにより幅狭構造体１１２′も同時に離脱除去される。なお、この例では図１７の場合と異なり、可動体８１下の絶縁層６２もエッチング除去される。
以上、光スイッチを例に、単結晶シリコン基板６１の異方性エッチングによって凹部６４を形成し、かつその凹部６４の形成と同時に凹部６４内に部品設置用の単結晶シリコン基板６１の上面が残存されてなる設置基準１０１や１０４を設ける作製方法について説明したが、前述の等方性エッチングによる凹部６４及び設置基準９１の形成に比べ、形成される形状の安定性及び正確性の点においては異方性エッチングを用いる方が好ましい。

Claims (3)

1. 単結晶シリコン基板上に、可動体と、その可動体以外の構造体とが形成されてなる微小可動デバイスであって、
   上記構造体は上記単結晶シリコン基板上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造を有するＳＯＩ基板の単結晶シリコン層からなり、絶縁層を介して上記単結晶シリコン基板上に固定され、
   上記可動体は上記単結晶シリコン層からなり、構造体によって単結晶シリコン基板の板面と平行に変位可能に保持され、
   上記単結晶シリコン基板上面の上記構造体が存在しない全領域に凹部が形成されて、上記可動体が凹部上に位置し、
   上記構造体は凹部上に張り出すオーバーハング部を持ち、このオーバーハング部の下側にあって上記構造体を単結晶シリコン基板に固定している絶縁層の周縁が凹部上に懸からない位置にあり、これによって、単結晶シリコン基板と単結晶シリコン層との間に微小な空隙が形成されていることを特徴とする微小可動デバイス。
2. 請求項１記載の微小可動デバイスを作製する方法であって、
   上記三層構造のＳＯＩ基板の上記単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、
   上記構造体用のマスクと、幅狭パターンの組み合わせよりなる上記可動体用のマスクとを上記マスク層をパターニングして形成し、
   上記単結晶シリコン層の、上記マスクから露出している部分を上記単結晶シリコン基板に垂直に上記絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、
   そのドライエッチングによって各マスクの下に形成された各上記単結晶シリコン層の上記単結晶シリコン基板板面に垂直な側壁面を側壁保護膜で覆い、
   上記絶縁層の、上記ドライエッチングによって露出した部分をエッチング除去して上記単結晶シリコン基板の上面を露出させ、
   その露出した上記単結晶シリコン基板の上面に対し、上記可動体用マスクの下側の上記単結晶シリコン基板の表面領域がエッチング除去されて凹部が形成されるまで単結晶シリコンの等方性エッチングを施し、これにより、上記単結晶シリコン基板上面の上記構造体が存在しない領域全てに凹部が形成され、上記可動体は凹部上に位置し、上記構造体は凹部上に張り出すオーバーハング部を持ち、
   その後、上記マスク及び側壁保護膜を除去し、上記可動体の下側の絶縁層及び上記オーバーハング部の下側の絶縁層をエッチング除去することを特徴とする微小可動デバイスの作製方法。
3. 請求項１記載の微小可動デバイスを作製する方法であって、
   上面が（１００）面をなす単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が配置されてなる三層構造のＳＯＩ基板の上記単結晶シリコン層の上面にマスク層を形成し、
   上記単結晶シリコン基板の〈１１０〉方向と平行でない線を用いて外形が構成される上記可動体用のマスクと、上記構造体用のマスクとを、各マスクパターンのそれぞれにおける最も幅狭の部分の幅が、広いものから順に上記構造体用、上記可動体用の各マスクとなるようにして、上記マスク層をパターニングして形成し、
   上記単結晶シリコン層の、上記マスクから露出している部分を上記単結晶シリコン基板に垂直に上記絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、
   上記絶縁層の、上記ドライエッチングによって露出した部分及び上記マスクを除去し、
   単結晶シリコンの露出している表面を熱酸化し、
   上記単結晶シリコン基板の上面の熱酸化膜を上記単結晶シリコン基板に垂直にエッチング除去して単結晶シリコン基板の上面を露出させ、
   その露出した上記単結晶シリコン基板の上面に対し、上記可動体となる部分の下がサイドエッチングによって除去され、凹部が形成されるまで単結晶シリコンの異方性エッチングを施し、
   その後、上記絶縁層及び側壁上の熱酸化膜を除去することを特徴とする微小可動デバイスの作製方法。

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